Нам часто требуется, чтобы портативные электронные устройства работали от встроенного аккумулятора в течение определенного периода времени, который зачастую слишком велик для его возможностей. Широко используемые литий-ионные аккумуляторы, несмотря на их несомненные преимущества, имеют один недостаток: чрезмерный разряд отрицательно влияет на срок их службы.
Описываемый модуль защитит одиночный литий-ионный или литий-полимерный элемент, например, 18650, от глубокого разряда. На рисунке ниже представлена принципиальная схема платы защиты. Базовым компонентом является операционный усилитель (ОУ) MCP6001, выполняющий роль компаратора. Он имеет ряд преимуществ, которые были использованы в данном проекте:
- низкое напряжение питания (от 1,8 до 6 В);
- низкое потребление тока (обычно 100 мкА);
- выходное напряжение, близкое к напряжению питания;
- небольшой корпус (СОТ23-5).
Выход ОУ подключен напрямую к затвору транзистора MOSFET-P, который управляет нагрузкой. Элемент LM385-1.2 служит источником опорного напряжения 1,235 В. Резистор R1 обеспечивает протекающий через него ток величиной примерно 28 мкА при напряжении питания 3,5 В.
Минимальное значение тока стабилизации для LM385-1.2 составляет 10 мкА, поэтому корректная работа элемента обеспечивается в широком диапазоне температур. Резисторы, подключенные к микросхеме US2, определяют пороги включения и отключения нагрузки.
В частности, резистор R5 устанавливает ширину петли обратной связи. Разница между уровнями переключения должна быть достаточной, чтобы предотвратить появление в схеме колебаний, вызванных отключением нагрузки с большим током потребления от аккумулятора со значительным внутренним сопротивлением. Меняя соотношение сопротивления цепи R3, R4, можно установить необходимый порог срабатывания защиты по напряжению.
Практически для всех элементов Li-Ion или Li-Po, в том числе, для аккумуляторов 18650, порог отключения 3 В будет оптимальным. Исходя из этого значения, и выбраны номиналы элементов R3, R4. При этом отказ от подстроечных резисторов позволил сделать устройство миниатюрным. В свою очередь, максимальный рабочий ток ограничен транзистором и составляет примерно 2 А, в зависимости от температуры окружающей среды.
Схема защиты литиевых аккумуляторов собрана на односторонней печатной плате размерами 26×15 мм, порядок установки элементов представлен на рисунке выше. Модуль не требует каких-либо пуско-наладочных действий. На практике были получены следующие значения:
- порог активации 3,06 В;
- порог отключения 3,38 В;
- падение напряжения (при токе потребления нагрузкой 1 А) 67 мВ (Uпит =3,5 В);
- ток потребления без нагрузки 140 мкА при Uпит = 3,5 В и 130 мкА при Uпит = 3 В.
Для защиты миниатюрного блока от воздействия окружающей среды его можно покрыть лаком и поместить в кусок термоусадочной трубки.
Loading...
